CN106224158A - 变桨叶片及设有该变桨叶片的风电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变桨叶片及设有该变桨叶片的风电机，所述变桨叶片包括至少两个依次连接的叶片段，至少一个所述叶片段可绕一轴线转动。上述变桨叶片，可通过控制不同段的叶片分别改变桨距角而实现变桨叶片的局部变桨，从而使该变桨叶片可在不同风速和转速的条件下通过获得最高风能吸收效率，克服了整体变桨叶片无法实现在不同风速和转速下获得最佳风能吸收效率的问题，提高了设有该变桨叶片的风电机在同样风况条件下的风能利用率，最终提高风电机的发电量，增加资源利用效率。

Description

变桨叶片及设有该变桨叶片的风电机

技术领域

本发明涉及风力发电领域，特别是涉及一种变桨叶片及设有该变桨叶片的风电机。

背景技术

当今的大部分能源来源是化石燃料，而作为不可再生资源，化石燃料将在有限的时间内使用殆尽，并且化石燃料在使用过程中，会产生大量的环境污染，给地球的生态环境带来了较大影响。风能作为一种可再生、无污染、能量大、前景广的能源，在为经济增长提供稳定电力供应的同时，可以有效缓解空气污染、水污染和全球变暖问题，因此受到了越来越多的关注和应用。

目前使用的风电机变速整体变浆叶片，能够根据风速变化和发电机功率输出要求整体改变叶片桨距角(即叶片顶端翼型弦线与旋转平面的夹角)，可随着风速的增加使发电机转速增加，在输出扭矩不变的状态下提高输出功率，保证发电机输出功率的要求。当风速超出设计风速范围后，风电机叶片的桨距角并不能适应高风速的要求，叶片风能吸收系数会下降，造成扭矩下降，从而降低了输出功率，对发电量产生不利影响。并且，由于大功率风电机的叶片很长，在运行中同样转速下，叶尖部分与叶根部分的线速度相差很大，从而与相同风速合成后的相对风速相差较大。

发明内容

基于此，有必要针对风电机变桨叶片的桨距角无法满足高风速的要求，造成叶片风能吸收系数下降的问题，提供一种桨距角可满足高风速要求，风能吸收系数最大化的变桨叶片及设有该变桨叶片的风电机。

一种变桨叶片，所述变桨叶片包括至少两个依次连接的叶片段，至少一个所述叶片段可绕一轴线转动。

上述变桨叶片，可通过控制不同段的叶片分别改变桨距角而实现变桨叶片的局部变桨，从而使该变桨叶片可在不同风速和转速的条件下通过获得最高风能吸收效率，克服了整体变桨叶片无法实现在不同风速和转速下获得最佳风能吸收效率的问题，提高了设有该变桨叶片的风电机在同样风况条件下的风能利用率，最终提高风电机的发电量，增加资源利用效率。

在其中一个实施例中，所述变桨叶片包括定叶片段及设于所述定叶片段一端的动叶片段，所述变桨叶片还包括转动轴组件，所述转动轴组件穿过所述定叶片段并套设有所述动叶片段，所述转动轴组件可相对所述定叶片段转动以带动所述动叶片段相对所述定叶片段转动。

在其中一个实施例中，所述转动轴组件包括可相对所述定叶片段转动的转动轴，每个所述转动轴分别与一个所述动叶片段固接以带动所述动叶片段转动。

在其中一个实施例中，所述变桨叶片包括自靠近所述定叶片段一端向远离所述定叶片段一端依次设置的第一动叶片段、第二动叶片段与第三动叶片段；所述转动轴组件包括第一转动轴、套设于所述第一转动轴上的第二转动轴与套设于所述第二转动轴上的第三转动轴；所述第一动叶片段、第二动叶片段及所述第三动叶片段分别设于所述第一转动轴、第二转动轴及所述第三转动轴上。

在其中一个实施例中，所述第一动叶片段固接于所述第一转动轴远离所述定叶片段一端，所述第二动叶片段固接于所述第二转动轴靠近所述第一动叶片段一端并与所述第一动叶片段接触，所述第三动叶片段与所述第二动叶片段远离所述第一动叶片段的一端接触。

在其中一个实施例中，所述变桨叶片还包括驱动件与传动组件，所述驱动件与所述传动组件均设于所述定叶片段内，所述驱动件通过所述传动组件驱动所述转动轴相对所述定叶片段转动。

在其中一个实施例中，所述传动组件包括相互配合的蜗轮与蜗杆，所述蜗杆与所述驱动件的输出轴通过联轴器固接，所述蜗轮套设于所述转动轴以与所述转动轴固接。

在其中一个实施例中，所述变桨叶片还包括轴承，所述轴承套设于所述转动轴。

一种风电机，包括上述的变桨叶片。

在其中一个实施例中，所述风电机包括叶轮，所述变桨叶片安装于所述叶轮的轮毂上。

附图说明

图1为一实施方式的变桨叶片的示意图；

图2为图1所示的变桨叶片的剖视图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1及图2所示，一实施例的变桨叶片100，用于安装于风电机(图未示)的轮毂上，以在风力驱动下转动发电。该变桨叶片100包括至少两个依次连接的叶片段，至少一个叶片段可绕一轴线转动以相对其它叶片段呈任意角度。

上述变桨叶片100，可通过控制不同段的叶片段分别改变桨距角(即变桨叶片100顶端翼型弦线与旋转平面的夹角)而实现变桨叶片100的局部变桨，从而使该变桨叶片100可在不同风速和转速的条件下通过获得最高风能吸收效率，克服了整体变桨叶片100无法实现在不同风速和转速下获得最佳风能吸收效率的问题，提高了设有该变桨叶片100的风电机在同样风况条件下的风能利用率，最终提高风电机的发电量，增加资源利用效率。

请继续参阅图1及图2，变桨叶片100包括定叶片段10及设于定叶片段10一端的动叶片段30，且变桨叶片100的宽度自定叶片段10远离动叶片段30一端至动叶片段30一端逐渐减小。可以理解，变桨叶片100的总体形状不限于此，而可根据风场的风况条件设置，以满足不同环境需要。

如图2所示，变桨叶片100还包括转动轴组件50，转动轴组件50穿过定叶片段10并套设有动叶片段30，转动轴组件50可相对定叶片段10转动以带动动叶片段30相对定叶片段10转动。

进一步地，定叶片段10呈中空壳体以容纳部分转动轴组件50，使位于定叶片段10内的转动轴组件50可在定叶片段10内转动，从而带动位于定叶片段10一端的动叶片段30转动，改变动叶片段30的桨距角。

具体地，转动轴组件50包括可相对定叶片段10转动的转动轴，每个转动轴分别与一个动叶片段30固接以带动动叶片段30转动，从而可通过转动轴的转动角度而分别控制不同动叶片段30的桨距角，使每个动叶片段30均获得需要的桨距角，从而可在不同风速与转速下获得最佳风能吸收效率。

更进一步地，转动轴为两个或两个以上且成中空管状结构，两个或两个以上的转动轴依次套接。并且，相互套接的转动轴的长度由内向外依次减小，转动轴组件50的两端呈阶梯状且转动轴组件50的直径自中间向两端依次减小，以便于连接动叶片段30。

在本实施例中，该变桨叶片100包括自靠近定叶片段10一端向远离定叶片段10一端依次排列设置的第一动叶片段32、第二动叶片段34与第三动叶片段36。转动轴组件50包括第一转动轴52、套设于第一转动轴52上的第二转动轴54与套设于第二转动轴54上的第三转动轴56。其中，第一转动轴52长度最长，其远离定叶片段10一端的端部固接有第一动叶片段32。第二转动轴54套设于第一转动轴52中部，其靠近第一动叶片段32的一端固接有与第一动叶片段32相邻且端面相互接触的第二动叶片段34。第三转动轴56套设于第二转动轴54中部，其靠近第二动叶片段34的一端固接有与第二动叶片段34相邻且端面相互接触的第三动叶片段36。

如此，转动轴组件50的多个转动轴相互套接并相对转动，以带动其各自固接的动叶片段30相对转动而改变其桨距角，且相互之间不产生干扰。可以理解，变桨叶片100中包括的动叶片段30数量不限于此，可根据需要设置，以实现桨距角更加精确的调节。转动轴组件50中包括的转动轴数量与动叶片段30的数量相同。

请继续参阅图2，变桨叶片100还包括驱动件70与传动组件90，驱动件70与传动组件90均设于定叶片段10内，驱动件70通过传动组件90驱动转动轴相对定叶片段10转动。具体地，驱动件70为电机，该电机与控制系统通信连接，以在控制系统的控制下开启或关闭。传动组件90包括相互配合的蜗轮92与蜗杆94，蜗杆94与电机70的输出轴通过联轴器固接，以在输出轴的带动下转动。蜗轮92套设于转动轴并通过矩形键96与转动轴固接，从而可在蜗杆94的驱动下带动转动轴转动。并且，由于蜗轮92蜗杆94的结构具有自锁作用，因此既可以保证驱动件以较小的扭矩驱动动叶片段30转动而改变桨距角，同时也可保证动叶片段30承受的风能扭矩无法反向驱动电机的输出轴转动，保证动叶片段30运行时始终保持最佳桨距角。

在本实施例中，三个电机均为伺服电机，分别安装于第一转动轴52、第二转动轴54与第三转动轴56位于定叶片段10中的一端。并且，由于第一转动轴52、第二转动轴54与第三转动轴56呈阶梯状套接，因此三个驱动件70自靠近定叶片段10一端向动叶片段30一端依次排列。

变桨叶片100还包括轴承60，轴承60套设于转动轴，以使转动轴可顺畅转动。具体地，在本实施例中，第一转动轴52上套设的轴承60的外圈与定叶片段10或第二转动轴54的内壁配合。第二转动轴54上套设的轴承60的外圈与第三轴承60的内壁配合。

在一实施例中，变桨叶片100的定叶片段10与动叶片段30均由玻璃钢材料单独制造，并呈中空壳体状，从而保证足够的强度的同时具有较轻的重量。

上述变桨叶片100，多个动叶片段30可分别改变桨距角，实现局部变桨，从而在不同的风速和转速下均能获得最高的风能吸收率，提高了风能利用率。而且，带动动叶片段30的转动轴与传动组件90、驱动件的结构简单且工作可靠、安装方便。

如图1及图2所示，本较佳实施例的一种风电机(图未示)，包括上述变桨叶片100。

该风电机包括叶轮(图未示)，变桨叶片100安装于叶轮的轮毂上。具体地，定叶片段10通过螺栓固定在轮毂上以相对叶轮固定。

上述风电机，采用可局部变桨以适应风速变化和风电机运行要求的变桨叶片100，从而具有较高的风能利用率，充分利用了能源。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种变桨叶片，其特征在于，所述变桨叶片包括至少两个依次连接的叶片段，至少一个所述叶片段可绕一轴线转动。

2.根据权利要求1所述的变桨叶片，其特征在于，所述变桨叶片包括定叶片段及设于所述定叶片段一端的动叶片段，所述变桨叶片还包括转动轴组件，所述转动轴组件穿过所述定叶片段并套设有所述动叶片段，所述转动轴组件可相对所述定叶片段转动以带动所述动叶片段相对所述定叶片段转动。

3.根据权利要求2所述的变桨叶片，其特征在于，所述转动轴组件包括可相对所述定叶片段转动的转动轴，每个所述转动轴分别与一个所述动叶片段固接以带动所述动叶片段转动。

4.根据权利要求3所述的变桨叶片，其特征在于，所述变桨叶片包括自靠近所述定叶片段一端向远离所述定叶片段一端依次设置的第一动叶片段、第二动叶片段与第三动叶片段；所述转动轴组件包括第一转动轴、套设于所述第一转动轴上的第二转动轴与套设于所述第二转动轴上的第三转动轴；所述第一动叶片段、第二动叶片段及所述第三动叶片段分别设于所述第一转动轴、第二转动轴及所述第三转动轴上。

5.根据权利要求4所述的变桨叶片，其特征在于，所述第一动叶片段固接于所述第一转动轴远离所述定叶片段一端，所述第二动叶片段固接于所述第二转动轴靠近所述第一动叶片段一端并与所述第一动叶片段接触，所述第三动叶片段与所述第二动叶片段远离所述第一动叶片段的一端接触。

6.根据权利要求3所述的变桨叶片，其特征在于，所述变桨叶片还包括驱动件与传动组件，所述驱动件与所述传动组件均设于所述定叶片段内，所述驱动件通过所述传动组件驱动所述转动轴相对所述定叶片段转动。

7.根据权利要求6所述的变桨叶片，其特征在于，所述传动组件包括相互配合的蜗轮与蜗杆，所述蜗杆与所述驱动件的输出轴通过联轴器固接，所述蜗轮套设于所述转动轴以与所述转动轴固接。

8.根据权利要求3所述的变桨叶片，其特征在于，所述变桨叶片还包括轴承，所述轴承套设于所述转动轴。

9.一种风电机，其特征在于，包括如权利要求1～8任意一项所述的变桨叶片。

10.根据权利要求9所述的风电机，其特征在于，所述风电机包括叶轮，所述变桨叶片安装于所述叶轮的轮毂上。